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绿色超高层建筑案例分析—黎远光

发布时间:

绿色超高层建筑案例分析
Eco Build China Conference 2014
2014年4月

超高层建筑蓬勃发展
? ? 快速城镇化日趋紧张的土地资源 地标建筑的“高度情结”

绿色建筑价值也日渐被接受
对一栋建筑而言,是投资,必须得到价值评估
? 位置

?
? ?

周边环境
外观 交通配套等

价值评估系统正在改变,原因:
? ? ? ? ? 能源和资源危机 来自于政府的压力和补贴 日益激烈的竞争 对健康的日益关注 日趋成熟的建筑新技术

如何合理操作超高层绿色建筑?

基于合理的方法,通过绿色、低碳策略的在设计、施工和运营等各阶段的实施,帮 助我们的客户在营建可持续环境的同时,增强其核心竞争力。

项目概况

某知名地产开发商位于深圳的总部大楼

项目类型 : 塔楼式办公建筑

总建筑面积:270,000 *方米 建筑高度:393米

项目定位:高端总部办公(部分出租)

项目的绿色建筑目标

绿色建筑 主要目标

能源

用电峰值
室内环境品质 IEQ 水
可持续发展经济

废弃物
碳排放
企业社会责任

建筑节能目标
总体节能目标
6%
100

8%

0% = 14%

90
80 节能比例Energy Saving % 70 60 50 40 30 20 10 0

1. 被动策略
Passive Strategies

2. 主动策略
Active Strategies

3. 可再生能源
Renewable Energy

基准- ASHRAE 90.1

被动策略

主动策略 Active Strategies

可再生能源 Renewable Energy

Baseline – ASHRAE 90.1 Passive Strategies

建筑用电峰值削减目标
用电峰值控制
100 90 80 节能比例Energy Saving % 70 60

10%

5%

0% =15%

50
40 30

1. 被动策略
Passive Strategies

2. 主动策略
Active Strategies

20

10
0 基准- ASHRAE 90.1 被动策略 主动策略 Active Strategies 可再生能源 Renewable Energy Baseline – ASHRAE 90.1 Passive Strategies

3. 可再生能源
Renewable Energy

建筑节水目标
总体节水目标
15%
100 90 80 节水比例 Water Saving % 70 60

10%

30%

0% = 55%

1. 节水器具
Water Saving Fixtures

50
40 30 20

2. 本地植物
Local Plants

3. 雨水收集利用
Rainwater Using

10
0 基准-EPAct 节水器具 Water Saving Fixtures 本地植物 Local Plants 中水利用 Grey Water Using 雨水收集利用 Rain Water Using Baseline – EPAct

4. 中水利用
Grey Water Using

绿色建筑室内环境质量目标
室内环境质量
热舒适性

1.热舒适性
Thermal Comfort

Sun radiation (light) 50? C

2.室内污染物控制
Indoor Pollutants Control

3.声舒适性
Acoustic Comfort

室内污染物控制 污染物 甲醛 微粒(PM10) 挥发性有机物总量(TVOCs) 苯基环己烯 一氧化碳(CO) 最大密度 27 ppb(单位/十亿) 50 微克/立方米 500 微克/立方米 6.5 微克/立方米 9 ppb 并不高于室外2ppb

4.视觉舒适性 Vision Comfort 5.二氧化碳浓度
CO2 Density

绿色建筑室内环境质量目标
室内环境质量
空气龄控制 吸烟控制 出风速控制

独立通风系统 物理分隔

环境风速

CO2浓度

照明舒适度

1.热舒适性
Thermal Comfort

2.室内污染物控制
Indoor Pollutants Control

80% 办公区域 700-900ppm

300-500lux 亮暗对比 3:1 Ra>80 UGR<20

3.声舒适性
Acoustic Comfort 噪音控制 自然采光率

4.视觉舒适性
Vision Comfort

5.二氧化碳浓度
CO2 Density

45-50dB

75%以上面积

项目实践 –可开启窗设计研究

地方节能规范的挑战:

6.1.6 除卫生间、楼梯间、设备房以外,每个房间的外窗可开启面积不应小于该房间外窗

面积的30%;透明幕墙应具有不小于房间透明面积10%的可开启部分,对建筑高度超过100
米的超高层建筑,100米以上部分的透明幕墙可开启面积应进行专项论证。

-----《公共建筑节能设计标准》深圳市实施细则 深圳经济特区技术规范SZJG29 - 2009

绿建工作举例 –可开启窗可行性研究
建筑表面风压分析
? 夏季*均风速

夏季工况

冬季工况

过渡季工况

200m以上部分迎风

面和背风面压差超
过40Pa,300m以上 压差超过150Pa。 ? 冬季*均风速 受迎风面两个高层 建筑物遮挡,可见 目标建筑50m~200 m高度的迎风背风面 前后压差介于50~70 Pa之间,300m以上 高度的前后压差最 大可达200 Pa。 ? 过渡季目标建筑 100m以上迎风面和 背风面的建筑物表 面压差大,超过 50Pa,200m以上压

冬季主导风为东北风,

差超过150Pa。

项目实践 – 可开启窗设计研究
设置10%可开启窗后100m及以上典型楼层的室内风速模拟结果

100m高度室内风速分布图

150m高度室内风速分布图

200m高度室内风速分布图

过渡季节在100m以上迎风面和背风面的建筑物表面压差超过50Pa,200m以上压差超过150Pa:
? ? ? ? ? 超过一般建筑室内外压差适于利用自然通风的范围。 50%左右的办公区域风速大于1.5m/s,会有明显吹风感; 建筑内环区呈现静风状态,在室内温度升高时会导致闷热的不舒适感; 局部大于3 m/s风速的区域并不适合于一般静态性质的工作。 室内环境稳定度会因通风流量无法维持恒定而降低整体舒适性。

项目实践 –可开启窗设计研究

应对的方案:
? ? 可开启窗设计在100m以下楼层实施,按占10%幕墙透明面积的比例分布,单悬窗; 100m以上不设可开启部分。为应对地方节能规范的过渡季节通风要求,改为提高机械通风系统 的最大设计通风量,从原来的1.1 ACH此提高到3ACH,新风口分段设置并设置在所服务分区的最 高楼层。

该方案的优点:
?
? ?

避免了100m以上高度楼层开窗对室内环境的扰动,并杜绝了安全隐患问题;
由于标准大气层内的空气密度是随着高度的升高而降低的,因此在较高高度位置设置新风取风 口,输送相同风量的室外空气到室内会比在较低楼层高度设置新风口节约风机的能耗; 对于高档办公楼,室外空气是建议经过过滤后再送进室内的,在这点上机械新风系统比直接开 窗有优势。

项目实践– 窗墙比控制
窗墙比较小

另外结合前述风压分析结果,建筑物高度越高,迎风和背风
面压差就越大,因此设计团队在外立面的设计手法上采取渐 变式窗墙比;

在塔楼150m以上部分,在尽可能不影响自然采光及通透性的 要求下,适当降低窗墙比,提高围护结构的气密性,减少因 冷热风渗透造成的能耗增加。

最终整体窗墙比为53.6%,满足节能规范的要求。 窗墙比较大

项目实践 – 能耗模拟分析

建筑各月份的能耗按照用电类别表示如下:

MWH 3500 3000 2500 风机 各月总能耗 2000 1500 水泵 冷却塔 制冷 供暖 设备 照明

1000
500 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

月份

项目实践 – 能耗与冷负荷构成分析
照明 10% 新风 25% 设备 19% 照明 设备 围护结构 人员 人员 17% 围护结构 29% 新风

照明23% 制冷 29%

照明 设备 水泵

风机
冷却塔 3% 冷却塔 风机 8% 水泵 8% 设备 29% 制冷

建筑各类用电峰值负荷的比例分解
峰值出现的时刻为7月10日的下午4点。

建筑峰值空调负荷的比例分解

由此可见,地处华南地区的超高层办公建筑的主要能耗为夏季的空调能耗;空调负荷中,通过围护结 构的太阳辐射以及来自室外酷热空气的传热占较大的比例。因此超高层办公建筑的围护结构优化是节 能设计工作的重点。

项目实践 –围护结构优化

对本项目而言,遮阳系数从0.33~0.29范围内的变化对节能量的影响不大;因此仅从节能的 角度来看,在玻璃幕墙遮阳系数上的选择可以根据实际需要适当放宽。

幕墙玻璃遮阳系数对能耗的影响
86400 幕墙玻璃 SC 86248.6 86003.6 85798.1 85617.7 85402.9 0.31 0.30 0.33 (规范要求) 0.32

总能耗 MBTU

节能比 %

86200 86000
全年能耗 MBTU

86249 86004 85798 85618 0.28% 0.52% 0.73%

85800 85600 85400 85200 85000 84800 0.33

0.32

0.31
幕墙玻璃遮阳系数

0.30

0.29

0.29

85403

0.98%

项目实践 –围护结构优化

外墙传热系数从1.5~0.5范围内的变化对节能量的影响比遮阳系数的影响大;这是因为超高 层建筑有较大的外立面面积,另外项目的窗墙比控制在比较低的水*。因此幕墙整体传热 系数也是在建筑节能设计工作中需要重点关注的热工参数。
外墙传热系数对能耗的影响
86500 86000

外墙K W/m2K 1.5 (参照建筑)

总能耗 MBTU 86249 85933 85707 85431 85083 84765

节能比 %

86248.6
85932.8

全年能耗 MBTU

85500 85000 84500 84000 1.5 1.3

85706.8 85430.9

1.3 1.1 85083.2 84764.8 0.9 0.7

0.37% 0.63% 0.95% 1.35% 1.72%

1.1

0.9

0.7

0.5

0.5

外墙传热系数 W/m2K

项目实践 –围护结构优化

因超高层建筑的大部分楼层一般来说周边是无其他遮挡物的,太阳直射得热的机会增加,因此 从热舒适性的角度考虑,遮阳系数的选择又变得重要了。

玻璃遮阳系数SC=0.29较 SC=0.33的能有效减少约 30%的室内辐射得热。因此 对一些对*均辐射温度敏感 的区域,需要着重做好遮阳 设计。

各方位不同玻璃遮阳系数月*均辐射得热

绿色建筑设计策略一览
建筑专业 暖通空调专业

? 控制窗墙比 53.6%
? 优化建筑围护结构保温

? 无CFC制冷剂
? 设备满足公共建筑节能设计标准

? 控制幕墙玻璃遮阳系数
? 绿色建筑主入口设计

? 冰蓄冷系统 - 16%蓄冰量
? 变风量空气系统及优化控制

? 保证幕墙玻璃的可见光透过率
? 利用采光井改善地下室采光 ? 利用景观绿化、双层玻璃降噪

? 裙楼部分过渡季节增大新风量
? 二氧化碳监测按需通风控制 ? 车库一氧化碳监控通风控制 ? 室内热环境满足ASHRAE 55要求

电专业
? 高效光源/灯具及优化布局 ? 时间表/人感应/昼光照明控制 ? 暖通空调节能运行自控系统 ? 能耗分量计量系统

水专业
? 节水型卫生洁具 ? 用水量分项计量 ? 市政中水系统 – 25%替代率

节能策略节能量贡献分解
各绿色建筑策略的节能和节费贡献如下:
*1000 MWH 45 万元 节能10.5% 节费14.3% 3500 3000 2500 2000 1500 1000 10 5 0 500 0 全年总能源费用

40
35 30 全年总能耗 25 20

15

照明

设备

供暖

制冷

冷却塔

水泵

风机

年能源费用

备注:后续模型均在前一模型的基础上增加一项绿色策略; 与满足ASHRAE90.1的基准模型相比,该项目累*谀10.5%,节费14.3%

进一步的思考

越来越多的建筑师、工程师已经意识到,在超高层建筑设计过程中除了面对高度带来的挑战, 也同时由于建筑外部微气候随着高度的变化,可以从“天空”中获得额外的节能设计机会: ? 在标准大气模型中,干球温度是随着高度的升高而线性下降的,温度垂直梯度大概为每升 高1000米下降6.5摄氏度(ASHRAE Fundamentals Handbook)。因此在较高楼层的设计热传导 冷负荷、渗透风以及新风中的显热负荷是可以有一定程度的减少的; 大气压力随着高度的升高而下降,使得高处的室外空气变得稀薄,这样冷却、加热或传输 同样体积的室外空气所需要的能耗与在靠*地面的情况相比能耗会有一定程度的减少; 风速随着高度的升高而急剧增大,这对开窗设计来说不利。但是同时也改善了建筑外立面 与室外空气的对流传热系数,这样对于地处炎热气候的高层建筑来说,有利于建筑物的夜 间自然排热; 室外空气中的湿度也有机会随着高度的升高而下降,对于地处炎热潮湿气候带的超高层建 筑来说,也是一个额外的节能设计机会。降低除湿能耗。

? ?

?

进一步的思考

然而,要通过建筑物理分析的手段在设*锥瘟炕治稣庑┙谀芑岬男Ч源嬉恍┨粽剑 ? 目前主流常用的建筑性能分析气象数据多为*地面气象数据,尚缺乏权威性的、随高度变 化的逐时气象数据;

?

目前主流的能耗模拟分析软件未能成熟地模拟建筑外部的微气候环境随高度而发生的变 化。

目前可行的模拟分析方法是采用建筑中位高度的数据作为*似反映超高层建筑整体的外部的* 均气候参数来进行设*锥蔚哪D饧扑恪
在已建成项目的调试阶段,可以通过实地测量主要的室外气象参数来验证之前设*锥谓心 耗模拟分析数据,进而修正数据库并进一步指导同区域其他超高层建筑项目的设计。

黎远光 LEED AP ASHRAE BEMP Faithful + Gould 阿特金斯集团成员




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